Roteiro de Aula Prática

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE
ALUNO: DERIZÂNGELO GOMES DE SALES
PROFESSORA: KATIELLY TAVARES DOS SANTOS
Avaliação dos Resultados
Viscosímetro de Stokes 
1. Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real. Os valores encontrados da tabela 4, podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água? Justifique.
RESPOSTA: 
Não, pois os valores encontrados não podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água, sendo assim o experimento está fora dos parâmetros definidos por Stokes. Os valores encontrados representam um valor elevado do Erro Relativo Percentual das Viscosidades Cinemáticas Experimental e Real. 
	Fluido: Água
	Diâmetro Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
m2/s
	Viscosidade Cinemática m2/s
	Erro Relativo Percentual
(%)
	10 mm
	0,802
	1,239
	0,301
	0,000301
	30427,38
	8 mm
	0,732
	1,051
	0,227
	0,000227
	22922,31
	6 mm
	0,669
	0,888
	0,151
	0,000151
	15214,40
	5 mm
	0,702
	0,893
	0,104
	0,000104
	10447,66
Tabela 4: Dados para análise da água.
2. Quais são as principais fontes de erros para este experimento?
RESPOSTA: 
Alguns fatores como o tipo de fluido utilizado, a cronometragem pode ser retardada, a verificação na medida do densímetro, a temperatura ambiente que pode ocasionar mudanças no comportamento dos líquidos, os líquidos podem não estar puros o que pode causar flutuações na medida e outros fatores que induzem aos erros percentuais consideráveis para este experimento. 
3. Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real. Os valores encontrados da tabela 5, podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água? Justifique.
RESPOSTA: 
Não, pois os valores encontrados na tabela 5 representam os dados obtidos do óleo 5W20, sendo assim, não podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água pelo fato de pertencerem a líquidos de propriedades diferentes. 
4. Quais são as principais fontes de erros para este experimento?
RESPOSTA: 
Os erros podem ocorrer devido a verificação do densímetro, no momento em que o líquido atingiu o final do percurso no interior dos tubos. 
Outros fatores que também podem ocasionar as principais fontes de erros são:
· O acionamento do cronômetro pode ser retardado;
· Os líquidos podem não estar puros e isso causa flutuações nas medidas;
· Também pode haver erros no momento da anotação dos valores e
· A variação da temperatura ambiente pode ocasionar mudanças no comportamento dos líquidos.
 Dados dos Experimentos:
	Tubo com Água
	Diâmetro Esfera
	Tempo de queda (s)
	Média do Tempo de queda (s)
	Distância Percorrida (m)
	Velocidade Média (m/s)
	10 mm
	1,12
	1,13
	1,12
	1,12
	1,123
	0,9
	0,802
	8 mm
	1,22
	1,25
	1,21
	1,24
	1,230
	0,9
	0,732
	6 mm
	1,32
	1,33
	1,35
	1,38
	1,345
	0,9
	0,669
	5 mm
	1,25
	1,27
	1,30
	1,31
	1,283
	0,9
	0,702
Tabela 1: Dados experimentais da água.
	Tubo com Óleo 5W20
	Diâmetro Esfera
	Tempo de queda (s)
	Média do Tempo de queda (s)
	Distância Percorrida (m)
	Velocidade Média (m/s)
	10 mm
	1,32
	1,34
	1,37
	1,33
	1,340
	0,9
	0,672
	8 mm
	1,55
	1,53
	1,56
	1,55
	1,548
	0,9
	0,582
	6 mm
	1,89
	1,82
	1,89
	1,86
	1,865
	0,9
	0,483
	5 mm
	2,20
	2,27
	2,26
	2,19
	2,230
	0,9
	0,404
Tabela 2: Dados experimentais do Óleo 5W20.
	Tubo com Glicerina
	Diâmetro Esfera
	Tempo de queda (s)
	Média do Tempo de queda (s)
	Distância Percorrida (m)
	Velocidade Média (m/s)
	10 mm
	3,95
	3,93
	3,93
	3,95
	3,940
	0,9
	0,228
	8 mm
	5,48
	5,55
	5,54
	5,60
	5,543
	0,9
	0,162
	6 mm
	8,99
	8,93
	8,92
	8,92
	8,938
	0,9
	0,101
	5 mm
	12,36
	12,17
	12,12
	12,17
	12,205
	0,9
	0,074
Tabela 3: Dados experimentais da Glicerina.
	Fluido: Água
	Diâmetro Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
m2/s
	Viscosidade Cinemática m2/s
	Erro Relativo Percentual
(%)
	10 mm
	0,802
	1,239
	0,301
	0,000301
	30427,38
	8 mm
	0,732
	1,051
	0,227
	0,000227
	22922,31
	6 mm
	0,669
	0,888
	0,151
	0,000151
	15214,40
	5 mm
	0,702
	0,893
	0,104
	0,000104
	10447,66
Tabela 4: Dados para análise da água.
Dados:
ρFluido Água: 1.000 Kg/m3
ρEsfera = 7.850 Kg/m3
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 10MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	5
	22
	0,802
	1,239454545
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 8MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	4
	22
	0,732
	1,051418182
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 6MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	3
	22
	0,669
	0,887945455
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 5MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	2,5
	22
	0,702
	0,893454545
Viscosidade Dinâmica:
· Esfera de 10mm
µ = 2.r2.g.( ρEsfera – ρFluido) / 9.[ Velocidade Corrigida]
µ = 2.(0,005)2.9,81.(7.850 – 1.000) / 9.[1,239]
µ = 3,3599 / (9 . 1,239)
µ = 0,301 m2/s
· Esfera de 8mm
µ = 2,150 / (9 . 1,051)
µ = 0,227 m2/s
· Esfera de 6mm
µ = 1,209 / (9 . 0,888)
µ = 0,151 m2/s
· Esfera de 5mm
µ = 0,840 / (9 . 0,893)
µ = 0,104 m2/s
Viscosidade Cinemática:
· V = µ / ρ
· Esfera de 10mm
V = 0,301/1.000 = 0,000301 m2/s
· Esfera de 8mm
V = 0,227/1.000 = 0,000227 m2/s
· Esfera de 6mm
V = 0,151/1.000 = 0,000151 m2/s
· Esfera de 5mm
V = 0,104/1.000 = 0,000104 m2/s
Erro Relativo:
· Erro Relativo = (V – 9,86.10-7/ 9,86.10-7) x 100
· Esfera de 10mm
ER = 30427,38
· Esfera de 8mm
ER = 22922,31
· Esfera de 6mm
ER = 15214,40
· Esfera de 10mm
ER = 10447,66
	Fluido: Óleo 5W20
	Diâmetro Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
m2/s
	Viscosidade Cinemática m2/s
	Erro Relativo Percentual
	10 mm
	0,672
	1,038
	0,367
	0,000431
	753,98
	8 mm
	0,582
	0,835
	0,292
	0,000343
	579,11
	6 mm
	0,483
	0,641
	0,214
	0,000252
	398,22
	5 mm
	0,404
	0,514
	0,186
	0,000218
	331,43
Tabela 5: Dados para análise do óleo 5W20.
Dados:
ρFluido óleo 5W20: 852 Kg/m3 ρ
ρEsfera = 7.850 Kg/m3
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 10MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	5
	22
	0,672
	1,03854545
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 8MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	4
	22
	0,582
	0,83596364
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 6MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	3
	22
	0,483
	0,64107273
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA – ESFERA 5MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	2,5
	22
	0,404
	0,51418182
Viscosidade Dinâmica:
· Esfera de 10mm 
µ = 2.r2.g.( ρEsfera – ρFluido) / 9.[ Velocidade Corrigida]
µ = 2.(0,005)2.9,81.(7.850 – 852) / 9.[1,038]
µ = 3,433 / (9 . 1,038)
µ = 0,367 m2/s
· Esfera de 8mm
µ = 2.197 / (9 . 0,835)
µ = 0,292 m2/s
· Esfera de 6mm
µ = 1,236 / (9 . 0,641)
µ = 0,214 m2/s
· Esfera de 5mm
µ = 0,858 / (9 . 0,514)
µ = 0,186 m2/s
Viscosidade Cinemática:
· V = µ / ρ
· Esfera de 10mm
V = 0,367 / 853 = 0,000431 m2/s
· Esfera de 8mm
V = 0,292 / 853 = 0,000343 m2/s
· Esfera de 6mm
V = 0,214 / 853 = 0,000252 m2/s
· Esfera de 5mm
V = 0,186 / 853 = 0,000218 m2/s
Erro Relativo:
· Erro Relativo = (V – 9,86.10-7/ 9,86.10-7) x 100
· Esfera de 10mm
ER = 753,98
· Esfera de 8mm
ER = 579,11
· Esfera de 6mm
ER = 398,22
· Esfera de 10mm
ER = 331,43
	Fluido: Glicerina
	Diâmetro Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
m2/s
	Viscosidade Cinemática m2/s
	Erro Relativo Percentual
	10 mm
	0,228
	0,353
	1,019
	0,000815
	23,32
	8 mm
	0,162
	0,233
	0,988
	0,000790
	19,46
	6 mm
	0,101
	0,134
	0,969
	0,000775
	17,26
	5 mm
	0,074
	0,094
	0,957
	0,000766
	15,97
Tabela 6: Dados para análise de glicerina.
Dados:
ρFluido Glicerina: 1.250 Kg/m3
ρEsfera = 7.850 Kg/m3
	VELOCIDADE CORRIGIDA - ESFERA 10MMDADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	5
	22
	0,228
	0,35236364
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA - ESFERA 8MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	4
	22
	0,162
	0,23269091
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA - ESFERA 6MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	3
	22
	0,101
	0,13405455
	
	
	
	
	
	VELOCIDADE CORRIGIDA - ESFERA 5MM
	
	 
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	DADOS
	r
	R
	V
	RESULTADO
	
	2,5
	22
	0,074
	0,09418182
Viscosidade Dinâmica:
· Esfera de 10mm
µ = 2.r2.g.( ρEsfera – ρFluido) / 9.[ Velocidade Corrigida]
µ = 2.(0,005)2.9,81.(7.850 – 1.250) / 9.[0,353]
µ = 3,237 / (9 . 0,353)
µ = 1,019 m2/s
· Esfera de 8mm
µ = 2,072 / (9 . 0,233 )
µ = 0,988 m2/s
· Esfera de 6mm
µ = 1,165 / (9 . 0,134)
µ = 0,969 m2/s
· Esfera de 5mm
µ = 0,809 / (9 . 0,094)
µ = 0,957 m2/s
Viscosidade Cinemática:
· V = µ / ρ
· Esfera de 10mm
V = 1,019 / 1.250 = 0,000815 m2/s
· Esfera de 8mm
V = 0,988 / 1.250 = 0,000790 m2/s
· Esfera de 6mm
V = 0,969 / 1.250 = 0,000775 m2/s
· Esfera de 5mm
V = 0,957 / 1.250 = 0,000766 m2/s
Erro Relativo:
· Erro Relativo = (V – 9,86.10-7/ 9,86.10-7) x 100
· Esfera de 10mm
ER = 23,32
· Esfera de 8mm
ER = 19,46
· Esfera de 6mm
ER = 17,26
· Esfera de 10mm
ER = 15,96
Experimento de Reynolds
Obs.: Para as questões a seguir, considere as seguintes medidas para o reservatório de acrílico: Comprimento: 400 mm; Largura: 320 mm; Altura: 474 mm.
1) A partir dos dados obtidos no laboratório, determine a vazão do sistema.
RESPOSTA:
Quando abrimos um pouquinho uma torneira, um fio de água flui suavemente com uma aparência similar a uma fina barra lisa de vidro. Ao abrirmos bastante a torneira, um grande volume de água sai da torneira com um comportamento caótico e agitado. O primeiro tipo de escoamento é conhecido como laminar; o segundo, como turbulento.
No escoamento laminar, as partículas de fluido são transportadas de um local para outro com velocidade aproximadamente constante em módulo, direção e sentido como é observado na Figura 1. É como se o fluido fosse formado por lâminas e as partículas em movimento se mantivessem em sua lâmina e, consequentemente, não houvesse transferência de massa entre uma lâmina e outra.
No escoamento turbulento, há transferência de massa entre as lâminas. As partículas possuem diferentes velocidades (módulo, direção e sentido), eventualmente formando até pequenos redemoinhos dentro do fluido conhecidos como vórtices como é observado na Figura 2. Em alguns escoamentos, vórtices podem ficar cada vez maiores e até “tocar” uns aos outros, formando bolhas no interior do tubo por onde escoa o fluido. Algumas propriedades físicas do fluido, sua velocidade e características do tubo onde ele escoa determinam se o escoamento será laminar ou turbulento. Existe uma fase intermediária na mudança de um tipo de escoamento para o outro, que recebe o nome de “escoamento transitório”.
O cálculo do número de Reynolds permite determinar o tipo de escoamento, já que um número de Reynolds “baixo” indica que o escoamento é laminar e um número “alto”, turbulento. 
2) Qual o regime de escoamento observado no experimento?
RESPOSTA:
Na maioria das condições práticas, o escoamento é laminar quando o Re < 2300, transitório quando 2300 ≤ Re ≤ 4000 e turbulento quando Re>4000. 
É possível também diferenciar os regimes de escoamento através de uma simples visualização. No escoamento laminar as partículas do fluido movem-se em camadas, ou lâminas, ao longo do escoamento, em trajetórias bem definidas e ordenadas. No escoamento turbulento as partículas do fluido rapidamente se misturam, enquanto se movimentam ao longo do escoamento, descrevendo trajetórias irregulares e desordenadas. Existe ainda um outro tipo de escoamento, o transitório, que se altera entre laminar e turbulento, é a transição entre estes. 
Avaliação dos Resultados
Experimentos em Trocadores de Calor
1) Quais as principais vantagens da utilização de trocadores de calor?
RESPOSTA:
As principais vantagens dos trocadores de calor incluem a eficiência na transferência de calor entre os fluidos, possibilitando o controle de temperaturas em processos industriais e sistemas de refrigeração. Eles também permitem a recuperação de calor em sistemas, reduzindo assim os custos operacionais e minimizando os impactos ambientais, além de reduzir o consumo de energia, melhorar a qualidade do produto e aumentar a vida útil do equipamento.
2) Qual tipo de trocador é mais utilizado na indústria de alimentos? Justifique.
RESPOSTA:
Na indústria alimentícia geralmente se usa os trocadores de placas devido as suas diversas vantagens, tais como: Melhor eficiência na transferência de calor, o que permite a refrigeração com rapidez dos alimentos, além de conservá-los e também os trocadores de placas ocupam menos espaço sendo benéfico em ambientes industriais onde o espaço é limitado. 
3) Quais critérios devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de trocador de calor?
RESPOSTA:
Na escolha do trocador calor, vários critérios devem ser levados em conta, tais como:
· Tipo de fluido e suas propriedades – isso engloba as características dos fluidos, como, densidade, viscosidade, entre outros que afetam na escolha do trocador de calor.
· Limitações de espaço;
· Variação de temperatura entre os fluidos;
· Limpeza e manutenção;
· Compatibilidade com o processo;
· Possibilidade de expansão;
· Custos de instalação e operação;
· Dentre outros.
4) Qual a influência da vazão na transferência de calor?
RESPOSTA:
A vazão afeta diretamente na transferência de calor, pois um maior fluxo de fluido proporciona uma maior taxa de transferência de calor, ou seja, quanto maior a vazão, mais rápido o fluido quente transfere o calor para o fluido frio ou vice-versa, resultando em transferência de calor mais eficiente com melhor distribuição de calor, perda de carga, melhor eficiência energética e entre outros fatores. 
Avaliação dos Resultados 3:
Perda de Carga Distribuída – 
1) O cálculo da perda de carga utilizando o DIAGRAMA DE MOODY (teórico)
2) O cálculo do desvio relativo em relação às perdas de carga obtidas teoricamente e a lida
no manômetro U no experimento. (tutorial de aula prática)
1) Quais são as principais fontes de erros para este experimento? A discrepância foi grande entre os valores teóricos e experimentais? Para os cálculos, considere que a distância entre os pontos de tomada de pressão é de um metro em qualquer uma das linhas.
RESPOSTA:
A principal fonte de erro foi a forma de escoamento, devido à turbulência em todos os casos. Sendo assim, os cálculos obtidos se resultaram com erros discrepantes em relação às perdas previstas.
2) Analise os dados para cada tubulação e responda. Qual a influência do diâmetro da tubulação, do material e da vazão na perda de carga distribuída? Se necessário plote os valores de Vazão x Perda de Carga num papel milimetrado ou software gráfico para uma análise mais completa.
RESPOSTA:
Quanto maior a tubulação, maior será a vazão e perdas, também são maiores os erros das perdas calculadas. O tipo de material utilizado vai afetar a forma do gráfico, tornando-o menos linear, quando se negligencia a rugosidade, para um gráfico mais curvo. Quanto maior a rugosidade, maior o impacto na linearidade das perdas observadas.
	Diâmetro de Tubulação 
	Material
	PVC 32mm
	PVC 25mm
	Cobre 28mm
	Acrílico 25mm
	Interno (m)
	0,0278
	0,0216
	0,0265
	0,021
	Externo (m)
	0,032
	0,025
	0,028
	0,025
Tabela: Valores do Diâmetro da Tubulação.
	PVC 32mm
	HC (mmH2O)
	Q (LPH)
	20
	1800
	40
	2500
	55
	3000
	85
	3900
	110
	4600
Tabela 1: dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de PVC 32mm.
Gráfico 1: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de PVC 32mm.
	PVC 25mm
	HC (mmH2O)
	Q (LPH)
	80
	1750
	125
	2500
	235
	3150
	280
	3550
	345
	4200
Tabela 2: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de PVC 25mm.Gráfico 2: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de PVC 25mm.
	Cobre 28mm
	HC (mmH2O)
	Q (LPH)
	42
	1800
	64
	2300
	86
	2900
	118
	4000
	160
	4200
Tabela 3: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de Cobre 28mm.
Gráfico 3: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de Cobre 28mm.
	Acrílico 25mm 
	HC (mmH2O)
	Q (LPH)
	90
	1750
	140
	2250
	230
	2850
	310
	3650
	360
	3950
Tabela 4: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de Acrílico 25mm.
Gráfico 4: Dados obtidos no experimento de Perda de Carga Distribuída do tubo de Acrílico 25mm.
 
Quanto menores os diâmetros dos tubos, menor é a perda e a discrepância entre os cálculos e a realidade das perdas distribuídas. No entanto, ao aumentar o diâmetro do tubo, perdemos essa precisão e as perdas aumentam. 
O material do tubo desempenha um papel significativo devido à sua rugosidade, resultando em comportamentos distintos na relação entre vazão e perda para cada tipo de tubo.
 É importante destacar que o fato de o escoamento ser turbulento tem um grande impacto nos cálculos e na precisão.
HC (mm H2O) X Q (LPH) - PVC 32mm
Coluna2	20	40	55	85	110	1800	2500	3000	3900	4600	
HC (mm H2O) X Q (LPH) - PVC 25mm
Valores Y	80	125	235	280	345	1750	2500	3150	3550	4200	
HC (mm H2O) X Q (LPH) - Cobre 28mm
Valores Y	42	64	86	118	160	1800	2300	2900	4000	4200	
HC (mm H2O) X Q (LPH) - Acrílico 25mm
Valores Y	90	140	230	310	360	1750	2250	2850	3650	3950